หม้อไอน้ำเป็นอุปกรณ์ที่มีการใช้อย่างแพร่หลายและมีความสําคัญอย่างมากในกระบวนการทํางาน และการผลิตทั้งในอาคารและโรงงานที่ต้องการใช้พลังงานความร้อน หม้อไอน้ำเป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานค่อนข้างสูง ซึ่งหากสามารถใช้งานและควบคุมหม้อไอน้ำให้ทํางานได้อย่างถูกต้องเหมาะสมก็จะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทํางานของหม้อไอน้ำและลดการใช้พลังงานได้ ซึ่งจะเป็นผลดีอย่างยิ่งต่อการใช้งานและอนุรักษ์พลังงานในระบบหม้อไอน้ำ
เหตุผลในการเลือกใช้ไอน้ำเป็นตัวกลางในการส่งถ่ายพลังงาน เพราะน้ำและไอน้ำเป็นตัวกลางที่สามารถถ่ายเทความร้อนดีมาก มีสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง น้ำและไอน้ำยังมีการเปลี่ยนแปลงสภาวะและคุณสมบัติ ด้านพลังงานคงที่ทําให้ควบคุมง่าย น้ำและไอน้ำเป็นสารที่มีโมเลกุลเล็กและสามารถแทรกซึมได้ดี สามารถกําจัดเชื้อโรคได้ ดังนั้น ภาคอุตสาหกรรมจึงนิยมนําไอน้ำไปใช้ประโยชน์ต่างๆ หลายประการ ได้แก่ การใช้ด้านความร้อน-หม้ออบแห้ง, หม้อต้มน้ำอ้อย, หม้อเคี่ยวกลั่นการใช้ด้านความเย็นใช้ผลิตน้ำเย็น การใช้ด้านพลังงานกล Back Pressure Turbine และ Extraction Turbine เป็นต้น
รู้จักและเข้าใจคอนเดนเสท
ไอน้ำจากหม้อไอน้ำ จะถูกส่งไปตามท่อส่งเพื่อใช้ในอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีอยู่ 2 ลักษณะ คือ อุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำแบบผสมโดยตรง และแบบไม่ผสม ดังนั้น ไอน้ำที่ไหลผ่านท่อจะเกิดการสูญเสียความร้อน และเมื่อไหลผ่านอุปกรณ์ใช้ไอน้ำแบบไม่ผสมจะเกิดการแลกเปลี่ยนความร้อน ส่งผลให้เกิดการควบแน่นเป็นของเหลว ซึ่งเรียกว่า คอนเดนเสท โดยคอนเดนเสทนี้เองจะต้องถูกนำออกจากระบบอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้กับดักไอน้ำ เพื่อประสิทธิภาพการใช้งานของระบบไอน้ำ
เลือกกับดักไอน้ำอย่างไรให้เหมาะสมกับการใช้งาน
การเลือกกับดักไอน้ำให้เหมาะสมกับการใช้งาน จะช่วยให้ระบบที่ใช้ไอน้ำสามารถใช้ไอน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการเลือกใช้กับดักไอน้ำจะต้องพิจารณาจากข้อมูลพื้นฐาน
การเปรียบเทียบคุณสมบัติของกับดักไอน้ำแบบต่างๆ
ประโยชน์ของการนำคอนเดนเสทกลับมาใช้
น้ำที่เปลี่ยนสถานะจากไอน้ำมาเป็นน้ำหรือคอนเดนเสทจะมีพลังงานอยู่ ยิ่งอุณหภูมิและความดันสูงมากเท่าไรพลังงานในคอนเดนเสทก็จะยิ่งสูงมากเท่านั้น ทั้งนี้ หากสามารถนำน้ำคอนเดนเสทเหล่านั้นกลับไปใช้งานหรือนำกลับไปเป็นน้ำป้อนหม้อไอน้ำจะเกิดประโยชน์หลัก 3 ประการ ดังต่อไปนี้
- ประหยัดเชื้อเพลิงที่จะใช้ในการผลิตไอน้ำ
- ประหยัดน้ำ เนื่องจากปัจจุบันหลายพื้นที่ในประเทศได้มีการยกเลิกการใช้น้ำบาดาล ดังนั้น น้ำจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลถึงต้นทุนในการผลิต หลายโรงงานหันมาให้ความสนใจในการลดการใช้น้ำ หากมีการพิจารณานำน้ำคอนเดนเสทกลับมาผสมเพื่อป้อนหม้อไอน้ำ นอกจากจะช่วยลดการใช้น้ำแล้ว ยังช่วยลดกระบวนการปรับสภาพน้ำ ลดการใช้เคมีในการปรับสภาพน้ำ ลดการใช้ไฟฟ้าในปั๊มน้ำและอื่นๆ อีกด้วย
- ผลิตไอน้ำได้เร็วขึ้น เช่น หากต้องการต้มน้ำที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ให้เป็นไอจะใช้เวลานานกว่าต้มน้ำที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส
นำคอนเดนเสทกลับมาใช้ใหม่อย่างไรให้ได้ประโยชน์สูงสุด
คอนเดนเสทเป็นน้ำที่สะอาดสามารถนำมาใช้เป็นน้ำป้อนหม้อไอน้ำได้ โดยถ้านำคอนเดนเสทกลับมาใช้มากจะทำให้อุณหภูมิน้ำป้อนสูงขึ้น ซึ่งจะทำให้หม้อไอน้ำประหยัดเชื้อเพลิงได้มากขึ้นเท่านั้น แต่ก็มีข้อยกเว้นในบางกรณีที่ไม่สามารถนำคอนเดนเสทกลับมาใช้กับหม้อไอน้ำได้โดยตรงและสามารถแก้ไขด้วยวิธีการ ดังต่อไปนี้
- ระยะทางระหว่างจุดใช้งานกับหม้อไอน้ำ ถ้าไกลมากจะเกิดการสูญเสียความร้อนของคอนเดนเสทระหว่างทางส่งกลับ ถึงแม้ท่อคอนเดนเสทจะมีการหุ้มฉนวนที่ดีแล้วก็ตาม หลายโรงงานไม่มีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ในการติดตั้งท่อคอนเดนเสทกลับ แต่บางโรงงานอาจมีความเหมาะสมและมีจุดคุ้มทุนที่ดีแม้คอนเดนเสทจะมีอุณหภูมิลดลงแล้วก็ตาม เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการปรับสภาพน้ำดิบมีค่าสูง ทั้งนี้ หากไม่สามารถนำน้ำคอนเดนเสทกลับก็อาจนำคอนเดนเสทดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ในกระบวนการผลิตอย่างอื่น เช่น ใช้ในรูปของน้ำร้อน เป็นต้น
- คอนเดนเสทถูกปนเปื้อน แต่ก็สามารถนำความร้อนกลับมาใช้ประโยชน์ได้ โดยการนำความร้อนผ่านอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งจะต้องพิจารณาความคุ้มค่าในการลงทุนติดตั้งอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนและประโยชน์ที่เกิดขึ้นจากการนำความร้อนกลับ
ข้อควรระวังในการนำคอนเดนเสทกลับไปใช้
สิ่งที่ต้องพิจารณาและต้องระมัดระวังในการนำคอนเดนเสทกลับมาใช้ใหม่ คือ ขนาดของท่อ วิธีการนำกลับ เช่น นำกลับด้วยความดันของคอนเดนเสทเอง หรือจะต้องใช้เครื่องสูบ สิ่งสำคัญที่ต้องให้ความระมัดระวัง คือ ขนาดของท่อ จะต้องสามารถส่งคอนเดนเสทกลับได้เพียงพอ โดยมีสิ่งที่ต้องพิจารณาอยู่ 3 ประการ
- เมื่อกระบวนการผลิตเริ่มต้นขึ้น จะมีอากาศถูกปล่อยออกมาและเข้าไปในท่อคอนเดนเสท ซึ่งอากาศจะต้องถูกระบายออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่เกิดการล็อกของอากาศ
- ในช่วงเริ่มต้นการผลิต อุปกรณ์ใช้ไอน้ำยังเย็นอยู่ จะเกิดคอนเดนเสทในปริมาณที่สูงกว่าปกติมาก (ประมาณ 2-3 เท่าของอัตราปกติ) และมีไอน้ำแฟลชปนมาด้วยจำนวนเล็กน้อย ทำให้เกิดความดันตกคร่อมที่กับดักไอน้ำ (Steam Trap) มาก ดังนั้น ถ้าขนาดท่อคอนเดนเสทเล็กเกินไป อาจทำให้ไอน้ำเกิดความดันย้อนกลับ ( Back Pressure) ของท่อคอนเดนเสท
- เมื่อทำงานไปสักระยะ อุปกรณ์ใช้ไอน้ำร้อนขึ้น ปริมาณคอนเดนเสทที่เกิดขึ้นจะลดลงเท่ากับปริมาณปกติที่ทำงาน แต่คอนเดนเสทจะมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิของไอน้ำและจะมีไอน้ำแฟลชเกิดขึ้น เมื่อคอนเดนเสทถูกปล่อยออกจากกับดักไอน้ำ (Steam Trap) ดังนั้น อาจไปขัดขวางการเคลื่อนที่ของคอนเดนเสทที่เป็นของเหลวได้
ในบางกรณีการนำคอนเดนเสทกลับอาจเกิดปัญหา เนื่องจากเมื่อคอนเดนเสทที่มีอุณหภูมิสูงมาก เมื่อถูกปั๊มดูดจะเกิดโพรงอากาศ (Cavitation) ขึ้นที่เครื่องสูบ ซึ่งอาจทำให้ปั๊มน้ำเกิดความเสียหาย ดังนั้น แนะนำให้ใช้เครื่องสูบที่มีความดันด้านดูดเป็นบวก หรือเครื่องสูบคอนเดนเสทโดยเฉพาะ หรือทำการเพิ่มระดับความสูงของถังน้ำป้อนหรือถังคอนเดนเสทให้มีความสูงจากเครื่องสูบมากขึ้น ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำป้อนหรือคอนเดนเสท
ขนาดของท่อในการนำคอนเดนเสทกลับที่เหมาะสม
อย่ามองข้าม ขนาดท่อคอนเดนเสท
การออกแบบระบบนั้น เรื่องของขนาดท่อเป็นอีกหนึ่งเรื่องสำคัญที่ต้องแน่ใจว่าขนาดของท่อที่ใช้นำไอน้ำควบแน่น (Condensate) กลับต้องถูกต้องเท่าๆ กับขนาดของท่อที่ใช้สำหรับนำไอน้ำไปใช้งาน โดยพื้นฐานแล้วก็คือเหตุผลเดียวกัน ถ้าท่อมีขนาดเล็กเกินไปก็ยิ่งต้องการพลังงานมากขึ้น เพื่อให้สามารถส่งไอน้ำที่มีความดันโต้กลับไปภายในระบบให้ได้
ถ้าท่อมีขนาดใหญ่เกินไป ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งก็จะสูงกว่าและการสูญเสียความร้อนที่พื้นผิวก็จะมากขึ้น ด้วยการออกแบบขนาดของท่อไอน้ำควบแน่นให้ถูกต้องเป็นเรื่องที่ทำได้ยากกว่าการออกแบบขนาดของท่อที่ถูกต้องสำหรับไอน้ำเป็นอย่างมาก ภายใต้สภาวะการใช้งานตามปกติ บางส่วนของไอน้ำควบแน่นจะแฟลช (Flash) ไปที่ไอน้ำในท่อปกติ ส่วนดังกล่าวก็จะมีน้ำหนักน้อยแต่จะมีปริมาตรใหญ่ ดังนั้น จึงเป็นเรื่องจำเป็นที่ต้องมีความเข้าใจรูปแบบของการไหล 2 ขั้นตอน (Two – Phase Flow) นี้ด้วย เมื่อมีการกำหนดขนาดของท่อให้ถูกต้อง
ทั้งนี้ ท่อไอน้ำควบแน่นทั้งหมดควรออกแบบให้มีขนาดสำหรับการไหลของน้ำภายใต้สภาวะของการเริ่มเดินเครื่อง เพราะภายใต้สถานการณ์การเริ่มเดินเครื่องเช่นนั้นจะเกิดไอน้ำควบแน่นอย่างรวดเร็วและมีปริมาณการใช้ไอน้ำอย่างน้อยเป็น 2 เท่าของการเดินเครื่องตามปกติ และท่อที่ออกแบบให้มีขนาดตามลักษณะดังที่กล่าวมาจะสามารถพาไอน้ำแฟลชและน้ำที่ควบแน่นที่ผสมกันได้อย่างเพียงพอภายใต้สภาวะการเดินเครื่องดังกล่าว
การนํา Condensate มาใช้ประโยชน์
การนำ Condensate กลับมาใช้ ไม่เพียงแต่จะช่วยให้กระบวนการผลิตภายในโรงงานอุตสาหกรรมสามารถลดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงให้น้อยลงได้ ยังช่วยลดกระบวนการบําบัดนํ้าและลดปริมาณไอนํ้าสิ้นเปลือง ขณะเดียวกันก็เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานความร้อนให้เต็มประสิทธิภาพมากขึ้นด้วย
โรงงานอุตสาหกรรมในบ้านเรา ส่วนใหญ่นำคอนเดนเสทกลับมาใช้งานโดยการนำกลับเข้ามาใช้งานที่ห้องหม้อน้ำ ซึ่งเป็นการ Recovery ปริมาณน้ำ (Condensate) และเพิ่มอุณหภูมิของ Feed Water เข้าสู่หม้อน้ำเท่านั้น เป็นระบบเปิด (Open Condensate System) ซึ่งยังมีปริมาณความร้อนสูญเสียไปสู่บรรยากาศอีกมาก คือ Flash Steam ไม่ได้นำมาใช้งาน โดยมีแต่ Condensate Tank และนำ Condensate ไปเข้าหม้อน้ำโดยที่ปล่อย Flash Steam ไปในบรรยากาศ
อย่างไรก็ตาม การนำน้ำคอนเดนเสทกลับมาใช้ใหม่ ถือเป็นหนึ่งในวิธีการลดต้นทุนการผลิตไอน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีเป้าหมายที่มุ่งลดการสูญเสียความร้อนที่ทิ้งไปโดยเปล่าประโยชน์ และสามารถลดต้นทุนในการผลิตไอน้ำกับน้ำมันเชื้อเพลิงลงได้ โดยภาคอุตสาหกรรมหรือผู้ประกอบการที่ดำเนินการมาตรการดังกล่าวนี้ได้ จะได้ผลลัพธ์เป็นการอนุรักษ์พลังงานที่เห็นผลประหยัดอย่างเป็นรูปธรรม
EXECUTIVE SUMMARY
Practically, water that changes its substance from steam to liquid; also called condensed state shall accumulate the energy. That means the higher temperature and pressure is, the higher energy in condensed state shall rise. In addition, if this condensed water can be reused, or fed back to the stream boiler, it shall derive 3 advantages. The first one is to save fuel; used to generate the steams, while the second is to save water; considered as the key factor to affect the production cost, which many factories now are making the effort to reduce the use of water in the process. In addition, rather than reducing the use of water by feeding the condensed water back to the stream boiler, this shall minimize water treatment process, and reduce the amount of chemical consuming in water treatment process, and electricity consuming in water pump as well. The third advantage is that the steams can be generated even faster, for example if we want to boil the water and convert it to the steam at 30 °C temperature, it will take longer time than boiling the water at 80 °C temperature. Therefore, if industrial sector or entrepreneur can manipulate this process, the outcome shall be the concrete energy conservation
Source:
- https://goo.gl/E8rLjS
- https://goo.gl/UYf7Fz
- https://goo.gl/ZQX925
